计及路况信息影响机理的插电式混合动力汽车能量管理策略研究

插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)能量管理策略是影响混合动力系统性能的关键,需要综合考虑复杂路况信息(如行驶工况、道路坡度等)的影响进行制定,才能充分提高PHEV的燃油经济性。但目前路况信息对PHEV的性能与最优控制影响机理尚缺乏系统的研究,难以综合考虑路况信息对能量管理策略的影响进行合理的优化,进而影响PHEV燃油经济性的提升。本文以某款并联式PHEV为研究对象,开展了计及路况信息影响机理的PHEV能量管理策略研究,主要研究内容如下:(1)基于动态规划算法的全局优化能量管理策略制定。采用实验数据与理论分析相结合的方法,建立混合动力系统的数学模型;根据混合动力系统的动力学特性,设计动态规划算法的目标函数、状态变量以及控制变量等参数,结合所建立的混合动力系统数学模型,构建PHEV燃油经济性最优的动态规划问题,并进行全局最优求解;系统分析行驶工况长度的缩放、控制变量等参数对优化结果的影响,合理设置动态规划算法仿真参数与控制变量,为研究路况信息对PHEV影响机理奠定算法基础。(2)行驶工况对PHEV性能与最优控制影响机理研究。利用基于模拟退火的K均值聚类算法将大量行驶工况数据聚类为四种行驶工况类型,用于表征行驶工况类型特性;结合SOC状态与行驶距离提出新参数——等效行驶距离系数,用于表征行驶距离特性;建立混合动力系统的能耗数学模型,分析工况类型在传统CD-CS控制策略下对PHEV能耗特性的影响机理,表明传统控制策略的不足在于CS模式能量效率较低,提高燃油经济性的关键措施是充利用电能驱动车辆,即合理控制发动机启停;利用动态规划算法对四类行驶工况进行全局优化,提取不同工况类型、行驶距离影响下的最优控制策略,分析得到行驶工况对最优发动机启动功率、换挡规律以及发动机扭矩分配比的影响规律。(3)道路坡度对PHEV性能与最优控制影响机理研究。以平均坡度、坡度标准差、单坡道长度与坡道总长度作为坡道特征参数,利用高斯随机过程建立随机坡道数学模型;制定基于极小值原理的全局最优能量管理策略与动态规划全局最优控制策略进行对比,分析得到上坡道路、平均坡度为零的坡道、下坡道路对PHEV燃油经济性提升的影响机理;基于上一章行驶工况对最优控制影响机理的研究,分析坡度对最优发动机启动功率、换挡规律与发动机扭矩分配比的影响规律,得到包含行驶工况与道路坡度的路况信息对PHEV最优控制的影响机理。(4)为充分提高整车燃油经济性,根据路况信息对PHEV最优控制影响机理,开展基于路况信息的实时能量管理策略研究。利用K均值聚类算法实现行驶工况类型识别,结合GPS/GIS系统提供的坡度与纯电动行驶里程信息实现路况信息的实时获取;综合考虑路况信息对PHEV最优控制的影响机理,利用三次插值拟合与遗传算法制定基于路况信息的发动机启动功率控制策略,利用BP神经网络制定基于路况信息的换挡规律与发动机扭矩分配比控制策略;根据路况信息动态调节所制定的控制策略参数,最终实现基于路况信息的实时能量管理策略,通过仿真试验分析,表明所提出的能量管理策略在各类行驶工况与坡道影响下均能显著提升燃油经济性,与动态规划全局最优燃油经济性相近,且计算负荷与传统CD-CS控制策略相近,具备良好实时性。